14.4.2. Электромагнитные рупоры

Излучение может происходить из открытого конца двухпроводной линии [145], из пары параллельных пластин [284], а также из открытого конца волновода [487, 488, 489, 490]. Например, на рис. 14.12 показаны диаграммы направленности в плоскостях Е и Н поля

излучения волны в прямоугольном волноводе и волны в круглом волноводе; луч получается широкий, поскольку апертура имеет размеры порядка лишь одной длины волны. Если плоскость открытого конца волновода, образующая апертуру, наклонена относительно оси волновода, то характеристики излучения изменятся [49, 406]. Ширину луча можно уменьшить [479, 481, 589] путем окружения апертуры волновода плоской отражающей поверхностью, перед которой имеется частично отражающая проволочная сетка или решетка из дисков.

Рис. 14. 12. Диаграммы направленности открытого конца волновода. Показаны диаграммы для плоскостей Е и Н: а — волиа в прямоугольном волноводе; б - волна в круглом волноводе.

Увеличение направленности также получается если конец волновода сделан расширяющимся в виде электромагнитного рупора [25, 652]. Изучались конические рупоры, соединенные с круглым волноводом [445, 487, 760], однако более полезными оказались секториальные рупоры, соединенные с прямоугольным волноводом [716].

Характеристики излучения секториальных рупоров исследовались весьма подробно [21, 22, 23, 88,458,713]. На рис. 14.13 изображены два рупора, называемые в зависимости от плоскости расширения рупором Е-типа или рупором Н-типа; в пирамидальном рупоре или рупоре ЕН-типа расширение происходит в обеих плоскостях. Желательно применять небольшие углы расширения, чтобы для выполнения граничных условий на стыке рупора с волноводом не требовались большие амплитуды волн высших видов. Если размеры поперечного сечения питающего волновода не превосходят,

например, то эти типы волн будут быстро затухать и не будут распространяться в самом рупоре. Усиление рупора зависит от размера и от распределения фаз в апертуре.

Эксперименты [375, 397] показали, что эквифазные поверхности являются обычно сферами с центром в геометрической вершине рупора [727].

Рис. 14. 13. Излучение секториальными рупорами. На рисунках показано электрическое поле (сплошные линии) и магнитное поле (пунктирные линии). Даны кривые усиления для рупоров различной длины. В общем случае для определения усиления надо перемножить коэффициенты усилеиня, соответствующие обеим сторонам, и разделить на

У рупоров с апертурой размером 10 и длиной и 50 максимальная разность фаз в раскрыве равна соответственно Усиление рупоров произвольных размеров можно рассчитать с помощью графиков, изображенных на рис. 14.13. Секториальные рупоры являются удобными антеннами с известным усилением; в литературе [45, 46, 47, 442, 724] опубликованы данные об их конструкции и поправочные множители для расчета.

Рупоры с большей апертурой можно сделать с приемлемыми размерами по длине, если применить коррекцию фазовых искажений апертуре при помощи линз [209, 397, 626]; ширина диаграммы направленности рупора длиной 10 была таким образом уменьшена с 10 до 6°. Диаграмма направленности в плоскости Е секториальных рупоров и, в частности, рупора Н-типа изменяется [566] при установке вдоль широких сторон раскрыва проводящих

фланцев. Измерения [60], проведенные в диапазоне частот около с фланцами различной длины и различными углами раствора, показали, что диаграмму направленности можно приближенно представить в виде диаграммы первоначального источника, плюс два вторичных источника, расположенных вблизи ребер фланцев.

Путем замены узких стенок рупора штырями, расстояния между которыми выбраны так, чтобы более высокие частоты излучались из апертуры меньшего размера, а более низкие частоты распространялись по рупору до излучения из апертуры большего размера, была получена [335] диаграмма направленности постоянной ширины в диапазоне частот Диаграммы направленности с шириной около 140° в диапазоне частот для горизонтальной, вертикальной и эллиптической поляризации были получены [310] с помощью открытого конца волновода, который линейно сужался до квадратного поперечного сечения, имел внутри диэлектрический фазовращатель и оканчивался -образным раскрывом.

Возможны также электромагнитные рупоры других форм; биконические рупоры [24] дают диаграмму направленности, равномерную в плоскости, перпендикулярной к оси рупора, и узкую в плоскости, проходящей через ось. Были разработаны биконические рупоры с круговой поляризацией [165] для частот Для этого между поверхностями конусов помещалась частая решетка из тонких четвертьволновых проводящих элементов на цилиндрических пластмассовых опорах. Проводящие элементы на внутреннем цилиндре решетки расположены в плоскости, нормальной к общей оси конусов, а элементы на каждом последующем цилиндре наклонены больше, чем на предыдущем, на один и тот же угол, так что наклон на внешнем цилиндре равен 45°. Такой рупор может использоваться в сочетании с симметричной тороидальной линзой для сужения диаграммы направленности в вертикальной плоскости [232]. Биконический рупор с восемью щелями, наклоненными под углом 45°, может работать как с вертикальной, так и с горизонтальной поляризацией в диапазоне 10— при КСВН меньше 3.